(57)【要約】【課題】  充電開始後の充電電流値の初回判定結果によって満充電状態の判定方法を切り換えることで適切にバッテリ満充電検知できる充電装置を提供すること。【解決手段】  電源から供給される電流によってバッテリを充電する充電装置であって、バッテリに対して定電圧充電を行う場合に、充電電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出した充電電流が所定値以下となったことを判定する判定手段と、判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されてから所定時間を経過したことに応じて、満充電になった旨を通知する通知手段とを有し、  定電圧充電開始時に判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合は、通知手段は、所定時間を経過する前に満充電になった旨を通知することを特徴とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される充電電流および充電電圧によってバッテリを充電する充電装置であって、
バッテリに対して定電圧充電を行う場合に、充電電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出した充電電流が所定値以下となったことを判定する判定手段と、
前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されてから所定時間を経過したことに応じて、満充電になった旨を通知する通知手段とを有し、
前記定電圧充電開始時に前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合は、前記通知手段は、前記所定時間を経過する前に満充電になった旨を通知することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記定電圧充電開始時に前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合、前記通知手段は、前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されたことに応じて満充電になった旨を通知することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電電圧と前記バッテリの電圧との電圧差を算出する算出手段を有し、
前記定電圧充電開始時に前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合、前記通知手段は、前記算出手段により算出した前記充電電圧と前記バッテリの電圧との電圧差が所定値以下になったことに応じて、満充電になった旨を通知することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
バッテリの充電を開始することに応じて、充電中を示す表示を行う表示手段を有し、
前記通知手段は、前記充電中を示す表示を解除することにより、満充電になった旨を通知することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項５】
電源から供給される充電電流および充電電圧によってバッテリを充電する充電装置であって、
バッテリに対して定電圧充電を行う場合に、充電電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出した充電電流が所定値以下となったことを判定する判定手段と、
前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されてから所定時間を経過したことに応じて、充電を停止する停止手段とを有し、
前記定電圧充電開始時に前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合は、前記停止手段は、前記所定時間を経過する前に充電を停止することを特徴とする充電装置。
【請求項６】
前記定電圧充電開始時に前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合、前記停止手段は、前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されたことに応じて充電を停止することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
前記充電電圧と前記バッテリの電圧との電圧差を算出する算出手段を有し、
前記定電圧充電開始時に前記判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合、前記停止手段は、前記算出手段により算出した前記充電電圧と前記バッテリの電圧との電圧差が所定値以下になったことに応じて、充電を停止することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリを充電するための充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などのバッテリの充電装置における充電制御として、バッテリの残存容量が少なく端子電圧が低い場合には定電流充電を行い、定電流充電されて端子電圧が所定の電圧値まで上昇すると定電圧充電に切り換える方式が知られている。この方式において、定電圧充電時は充電が進むにつれて充電装置の充電電圧とバッテリの端子電圧の電圧差が小さくなり、同時に充電電流も小さくなっていく。この特性を利用して、定電圧充電時の充電電流を測定し、所定の電流値以下となった場合にバッテリが満充電状態であると判定することが可能である。しかしながら、バッテリの充電特性としては充電開始から比較的短時間で満充電状態に近い充電電流値まで減少し、その後は長い時間をかけて満充電状態の充電電流値まで緩やかに減少していく。このように満充電付近では電流変化が小さいため、充電電流の検出によりバッテリの満充電状態を判定することは難しい。そこで、充電電流が所定の電流値以下であることを検出した時点から時間計測を開始し、充電電流が所定の電流値Ｉ以下となってから所定時間Ｔ経過した時点をバッテリの満充電状態であると判定する方法がある（特許文献１参照）。このときの電流値Ｉと時間Ｔについては、予めバッテリの充電特性に基づいて設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０８１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の充電方法では、満充電状態、または、満充電に近い状態であるバッテリを充電装置に装着する場合、充電開始直後に充電電流が所定の電流値以下であることを検出し、その時点から所定時間経過した後に満充電と判定される。つまり、本来であれば、所定時間を経過する前に満充電状態になっているにもかかわらず、所定時間経過しないと満充電と判定されないため、充電時間が延長してしまう課題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、充電開始後の充電電流値の初回判定結果によって満充電状態の判定方法を切り換えることで上記課題を解決し、適切にバッテリ満充電を検知できる充電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため本発明の充電装置は、電源から供給される電流によってバッテリを充電する充電装置であって、バッテリに対して定電圧充電を行う場合に、充電電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出した充電電流が所定値以下となったことを判定する判定手段と、判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されてから所定時間を経過したことに応じて、満充電になった旨を通知する通知手段とを有し、定電圧充電開始時に判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合は、通知手段は、所定時間を経過する前に満充電になった旨を通知することを特徴とする。
上述の課題を解決するため、本発明の充電装置は、電源から供給される充電電流および充電電圧によってバッテリを充電する充電装置であって、バッテリに対して定電圧充電を行う場合に、充電電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出した充電電流が所定値以下となったことを判定する判定手段と、判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定されてから所定時間を経過したことに応じて、充電を停止する停止手段とを有し、定電圧充電開始時に判定手段により充電電流が所定値以下になったと判定された場合は、停止手段は、所定時間を経過する前に充電を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば充電開始後の充電電流値の初回判定結果によって満充電状態の判定方法を切り換えることで適切にバッテリ満充電検知できる充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】充電装置の処理フローチャートである。
【図２】充電装置の構成を示すブロック図である。
【図３】充電時間と電源・バッテリ電圧差の特性曲線である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１から図３を参照して本発明の充電装置２０１について説明する。充電装置２０１は、ＡＣアダプタ等の電源装置２０２およびリチウムイオン電池等のバッテリ２０３を接続して、電源装置２０２から供給される電流によってバッテリを充電するものである。図２に本実施形態における充電装置の構成を示すブロック図を示す。
【００１０】
充電装置２０１に設けられた電源入力端子２０２ａ（正極側）、２０２ｂ（負極側）には電源２０２が接続され、電源２０２において商用交流電源を変圧、整流された所定の電圧の直流電源が入力端子２０２ａ、２０２ｂに供給される。また、充電装置２０１に設けられたバッテリ入力端子２０３ａ（正極側）、２０３ｂ（負極側）にはバッテリ２０３が接続され、電源２０２から供給される電流によってバッテリ２０３は充電される。充電装置２０１は充電回路２０４、電流検出回路２０５、バッテリ電圧変換回路２０６、電源電圧変換回路２０７、タイマ回路２０８、制御部２０９、充電表示部２１０によって構成されている。制御部２０９はシステム制御や演算処理を司るＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備え、各種入力信号を受けて充電装置の各部２０４〜２１０の制御を行うものである。充電回路２０４はＦＥＴ等のスイッチング素子を内蔵しており、制御部２０９によってスイッチング素子をＯＮすることでバッテリ２０３の充電を行い、ＯＦＦすることで充電を停止する。また、充電回路２０４では制御部２０９によって定電流充電モードと定電圧充電モードの切り換え制御が行われる。バッテリ２０３の残存容量が少なくバッテリ端子電圧が低い場合には定電流充電モードで充電を行い、定電流充電されてバッテリ端子電圧が所定の電圧値まで上昇すると、定電圧充電モードに切り換えて充電が行われる。定電圧充電モードでは充電が進むにつれて電源２０２の充電電圧とバッテリ２０３の端子電圧の電圧差が小さくなり、同時に充電電流も小さくなっていく。電流検出回路２０５は充電電流を検出し、充電電流が所定の電流値以下になった場合にバッテリ２０３が所定の充電レベルまで充電されたことを検知する信号を制御部２０９に入力する。電流検出回路２０５は電源２０２とバッテリ２０３の間に直列に接続された電流検出抵抗と、電流検出抵抗両端の電圧を増幅するアンプと、アンプから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するトランジスタによって構成される。充電電流が所定の電流値以下になったことを電流検出回路２０５が検知した時点からタイマ回路２０８は予め設定された所定時間の計測を行う。タイマ回路２０８が所定時間経過したことを制御部２０９に通知すると、制御部２０９はバッテリ２０３が満充電状態になったと判断して充電動作を停止させる。電流検出回路２０５が動作する所定の電流値とタイマ回路２０８によって計測される所定の時間については予めバッテリ２０３の充電特性に基づいて設定される。バッテリ電圧変換回路２０６はバッテリ２０３の電圧レベルを制御部２０９に入力するものである。同様に電源電圧変換回路２０７は電源２０２の電圧レベル制御部２０９に入力する。バッテリ電圧変換回路２０６および電源電圧変換回路２０７は、バッテリ２０３または電源２０２の電圧レベルを制御部２０９に備えられたＡ／ＤコンバータのＩ／Ｏレベルに合せて低電圧に変換して制御部２０９に入力する。制御部２０９はＡ／Ｄコンバータによってアナログ信号である入力電圧をデジタル信号に変換することでバッテリ２０３の端子電圧および電源２０２の端子電圧を検出する。制御部２０９では入力された電源２０２の端子��圧とバッテリ２０３の端子電圧の電圧差を算出し、算出した電圧差は定電流充電モード・定電圧充電モードの切り換え制御および定電圧充電モード時のバッテリ満充電検知の際に使用される。充電表示部２１０はバッテリ２０３が充電中である旨を表示するＬＣＤ（液晶表示装置）に代表される表示装置であり、充電中は表示装置を点灯してバッテリアイコンを表示し、充電停止すると表示装置を消灯する。充電表示部２１０としてＬＥＤを使用し、点灯状態や表示色により満充電状態をユーザに通知してもよい。
【００１１】
図１は本実施形態の充電装置における処理シーケンスを示す図である。以下、図１を用いて、本実施形態における充電動作について説明する。最初に充電装置２０１に電源２０２とバッテリ２０３を接続すると、充電表示部２１０に充電中を示すバッテリアイコンが表示される（Ｓ１００）。そして、制御部２０９ではバッテリ２０３の端子電圧と電源２０２の端子電圧が検出されて、電源２０２とバッテリ２０３の電圧差が算出される（Ｓ１０１）。（Ｓ１０２）において電源・バッテリ電圧差が所定の電圧差αＶより大きい場合には、制御部２０９によって充電回路２０４が定電流充電モードに設定されて定電流充電が行われる（Ｓ１０３）。その後、制御部２０９によって一定周期で電源・バッテリ電圧差が算出され、電源・バッテリ電圧差が所定の電圧差αＶ以下になるまで定電流充電が継続される（Ｓ１０４）〜（Ｓ１０５）。（Ｓ１０２）または（Ｓ１０５）において電源・バッテリ電圧差が所定の電圧差αＶ以下になった場合は、制御部２０９によって充電回路２０４が定電圧充電モードに設定されて定電圧充電が行われる（Ｓ１０６）。定電圧充電を開始すると最初に電流検出回路２０５によって充電電流が検出される（Ｓ１０７）。そして、（Ｓ１０８）では充電電流値の初回判定行われる。現在の充電電流と所定の電流値を比較してバッテリ２０３の満充電状態判定方法が切り換えられる。（Ｓ１０８）において充電電流が所定の電流値βＡ以下である場合には、電源・バッテリ電圧差を算出し（Ｓ１０９）、電源・バッテリ電圧差が所定の電圧差γＶ以下に到達すると制御部２０９においてバッテリ２０３が満充電状態であると判定される（Ｓ１１０）。電源・バッテリ電圧差が所定の電圧差γＶ以下になるまでは制御部２０９によって一定周期で電源・バッテリ電圧差算出を実行して定電圧充電が継続される（Ｓ１０９）〜（Ｓ１１０）。一方、（Ｓ１０８）において充電電流が所定の電流値βＡより大きい場合には、定電圧充電が継続される。そして、充電電流が所定の電流値βＡ以下になるまで制御部２０９によって一定周期で充電電流検出し充電電流と所定の電流値βＡとの比較が繰り返し行われる（Ｓ１１１）〜（Ｓ１１２）。充電電流が所定の電流値βＡ以下に到達するとタイマ回路２０８が時間計測を開始する（Ｓ１１３）。タイマ回路２０８が所定時間経過したことを計測すると制御部２０９においてバッテリ２０３が満充電状態であると判定される（Ｓ１１４）。（Ｓ１１０）または（Ｓ１１４）においてバッテリ２０３が満充電状態であると判定されると、充電表示部２１０の充電中を示すバッテリアイコンの表示を解除し、満充電になった旨を通知する（Ｓ１１５）。そして、制御部２０９が充電回路２０４を制御して充電動作を停止させる（Ｓ１１６）。ここで、充電表示停止と充電停止は必ずしも連続して行われる必要はなく、充電表示停止後しばらくの期間は充電動作を継続してその後停止する構成としても良い。
【００１２】
本実施形態の充電装置では、定電流充電中にバッテリ電圧が所定値以上になった場合に定電圧充電に切り換え、定電圧充電中の充電電流を元に充電完了のため判定を行っている。これは、満充電状態付近では、充電によるバッテリ電圧の変動が小さいので満充電となるバッテリ電圧達したのを検出するのが難しい。さらに、電圧値はブレが大きく測定が難しい。そのため、定電流充電の後に定電圧充電を行い、比較的安定している電流値を用いて充電完了のための判定を行っている。
【００１３】
図３は横軸に充電時間、縦軸に電源・バッテリ電圧差をとったバッテリ充電特性を示すグラフである。図３から分かるように電源・バッテリ電圧差は充電開始から比較的短時間で満充電状態に近い充電電流値まで減少し、その後は長い時間をかけて満充電状態の充電電流値まで緩やかに減少していく。ポイントＡは充電電流が所定の電流値βＡとなる地点、ポイントＢは電源・バッテリ電圧差がγＶとなる地点、ポイントＣはポイントＡからタイマ回路２０８の時間計測により所定時間経過した地点を示している。
【００１４】
ここでバッテリ２０３の充電状態を図３に示すＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇの４つのパターンに分けて満充電状態の判定方法について説明する。
【００１５】
従来技術では充電電流が所定の電流値以下であることを検出して所定時間経過後にバッテリが満充電状態であると判定していた。この場合、残存容量が少ないバッテリ（Ｄ）を充電装置２０１に装着すると、充電が開始されてポイントＡにおいて充電電流が所定の電流値βＡとなったことが検出される。そして、タイマ回路２０８により所定時間経過が計測されてポイントＣにおいて満充電状態であると判定される。一方、満充電状態、であるバッテリ（Ｇ）を充電装置２０１に装着した場合、充電開始直後に充電電流が所定の電流値以下であることを検出し、その時点から所定時間経過するまで満充電判定が行われず充電時間が延長してしまうという課題がある。また、満充電状態に近いバッテリ（Ｅ、Ｆ）を充電装置２０１に装着した場合においても、その時点から所定時間経過するまで満充電判定が行われない。つまり、ポイントＣで満充電判定は行われずに充電が継続されてしまう。
【００１６】
これに対して本発明を適用すると、以下のようになる。残存容量が少ないバッテリ（Ｄ）を充電装置２０１に装着すると、充電が進みポイントＡにおいて充電電流が所定の電流値βＡとなったことが検出される。そして、タイマ回路２０８により所定時間経過が計測されるまで充電が進み、ポイントＣにおいて満充電状態であると判定される。次に満充電状態に近いバッテリ（Ｅ）を充電すると、充電開始後の充電電流値の初回判定において所定の電流値βＡ以下であることが検出されるので、充電が進みポイントＢにおいて電源・バッテリ電圧差がγＶとなった時点で満充電状態であると判定される。また、バッテリ（Ｆ、Ｇ）については、充電開始後の充電電流値の初回判定において所定の電流値βＡ以下であることが検出され、さらに電源・バッテリ電圧差がγＶ以下であることが検出されるので充電開始後すぐに満充電状態であると判定される。
【００１７】
以上のように本発明によれば充電開始後の充電電流値の初回判定結果によって満充電状態の判定方法を切り換えることで従来技術の課題を解決し、適切にバッテリ満充電検知できる充電装置を提供することができる。
【００１８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００１９】
本実施形態では、定電圧充電開始時に検出した充電電流がβ以下となる場合には、タイマ計測を行わずに、所定時間が経過する前に満充電の通知を行うようにした。そして、充電電圧とバッテリ電圧の電圧差がγ以下になったときに満充電を通知したが、定電圧充電開始時に充電電流がβ以下であることを検出した時点で、満充電に近い状態であるため、このタイミングで満充電を通知し、充電を停止してもよい。また、充電電圧とバッテリ電圧の電圧差がγ以下になったときに満充電を通知し、充電を停止したが、バッテリ電圧を検出し、バッテリ電圧が所定値以上になったタイミングで満充電を通知し、充電を停止してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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